人们早就知道光速非常快,甚至推测光速是无限的。因为光速非常快,早期的物理学家很难精确测量光速。直到激光出现,物理学家才更精确地测量光速。到1983年,光速被直接定义为299792458米/秒。根据爱因斯坦的相对论,这个速度是宇宙的终极速度。那么,为什么光速是速度的上限呢?
电子的质量很低,只有9.11× 10-31千克根据牛顿物理学中的动能计算公式:
,可以计算出一个电子可以通过给予超过4.1× 10-14焦耳(相当于1万亿千瓦小时的电,或256千电子伏)而加速到光速如果能量持续增加,电子可以持续加速,使得速度远远快于光速。所以,超光速很容易
然而,无论哪个粒子加速器,即使是当今最强大的大型强子对撞机,都无法将电子的速度加速到光速或超光速。此前,物理学家已经用斯坦福线性加速器(SLAC)做了实验。电子加速0.3米后,其速度达到光速的99.5%。然而,在进一步加速3.2公里后,电子的速度只比小数点高六个9,而且永远达不到光速。
至于原因,牛顿物理学只适用于低速情况,而在亚光速,只有相对论是描述事实的理论。根据相对论,可以导出下列动能表达式:
。可以看出,即使质量和电子一样小,当速度无限接近光速时,电子的动能也是无限的因此,只要有一个静态质量(m0),速度就不能达到光速,这是永远无法达到的极限速度。对于没有静止质量的物体,光速是唯一的速度。至于超光速,理论上是不允许的。
迄今为止,已知最快的亚光速是由宇宙中神秘的OMG粒子设定的,其速度相当于光速的99.999%...其中有15人占9.99951%。虽然这个速度非常接近光速,但仍然达不到光速。
不仅具有最快的光速,而且在所有参考系统中保持一致(光速不变性原理)因此,物理学家将接近精确测量值的299792458米/秒定义为光速,从而可以避免与长度相关的先前参数的可测量变化,并确定一米的长度。
最后,应该注意到宇宙中有超光速,即空间膨胀的速度。然而,空间不是物质或辐射,它的膨胀速度不受任何限制。